КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-79-10007

НазваниеИспользование поляризационно-модового состояния светового поля для прецизионной лазерной обработки азополимеров и халькогенидных стекол

РуководительПорфирьев Алексей Петрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук", г Москва

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние годы структурированные лазерные пучки со сложным распределением амплитуды, фазы и поляризации всё активнее используются в области прецизионной лазерной обработки материалов. Их использование позволяет контролировать морфологию формируемых на поверхности и в объеме материалов структур как на микро-, так и на нано-уровне. Например, распределение поляризации позволяет задавать ориентацию лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур, а пучки со спиральным волновым фронтом и их суперпозиции могут быть использованы для формирования закрученных микроструктур даже внутри образцов полимерных материалов. Еще больше возможностей появляется при использовании структурированного лазерного излучения при обработке поляризационно-чувствительных материалов, таких как различные азополимеры и халькогенидные стекла (ХС). Многослойные структуры на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХС) и азополимеры являются перспективными оптически чувствительными материалами, используемыми для динамических систем оптического преобразования и передачи сигналов, записи и хранения данных. Такие материалы способны изменять своё состояние под воздействием лазерного излучения не только в зависимости от амплитуды, но и поляризации. Недавние разработки показали высокую чувствительность таких материалов как к поперечным, так и к продольным компонентам светового поля. Их совместный учет должен обеспечить беспрецедентный уровень контроля профилей формируемых в полимерах нано- и микроструктур необходимый для создания различных элементов плоской и трехмерной микро-оптики и компонентов нанофотоники. Данный проект направлен на разработку методов прямой лазерной записи поверхностных и объемных структур в азополимерах и ХС с заданными профилями за счет использования дополнительных степеней свободы модуляции поляризации, фазы и амплитуды падающего излучения. Такие структуры предполагается формировать за счет применения поляризационно-модовых состояний структурированных световых полей, сформированных с использованием обобщенных методов дифракционной оптики. При этом особое внимание будет уделено исследованию методов формирования световых полей с заданной продольной компонентой поля. Массоперенос, вызванный продольной составляющей света, в случае азополимеров был продемонстрирован с использованием радиально, азимутально и циркулярно поляризованных пучков Бесселя и показал, что чувствительность азополимеров к состоянию поляризации вызывает деформации поверхности, которые пропорциональны именно продольной компоненте электрического поля. Результаты данного проекта заложат основу для реализации масштабного и дешевого производства анизотропных элементов микрооптики, которые в будущем могут стать элементами более сложных устройств интегральной оптики и биофотоники – например, генераторов световых пучков с орбитальным угловым моментом и цилиндрической поляризацией для реализации передачи информации с модовым уплотнением каналов, а также элементов детектирования поляризации и других характеристик излучения в устройствах приема и обработки сигналов для оптических чипов и процессоров, способных быстро обрабатывать и кодировать информацию.

Ожидаемые результаты
Основным результатом, полученным в рамках реализации данного проекта, станет разработка эффективной технологии прецизионной лазерной обработки тонких пленок азополимеров и халькогенидных стекол. Реализация проекта открывает перспективы для создания новых уникальных элементов полимерной фотоники, позволяя вывести эти исследования на новый уровень как в России, так и в мире, а также предполагает получение серии научных результатов, имеющих важное фундаментальное и практическое значение. В частности, будут исследованы фундаментальные механизмы взаимодействия структурированного по амплитуде/фазе и поляризации излучения с тонкими пленками исследуемых полимеров. На основе результатов фундаментальных исследований будут выявлены оптимальные условия для их прецизионной обработки, обеспечивающие максимальное разрешение записи требуемых двух- и трехмерных нано- и микроструктур с максимальной повторяемостью их профилей. Комплексное исследование морфологии облученных участков тонких пленок азополимеров и халькогенидных стекол методами оптической, ближнепольной, атомно-силовой микроскопии позволит получить данные о влиянии тех или иных параметров используемого структурированного лазерного излучения на процессы фотоизомеризации молекул и массоперенос расплавленного материала. Это в свою очередь позволит предсказывать профили формируемых нано- и микрорельефов. В итоге в результате реализации проекта будут разработаны способы формирования структурированных лазерных пучков для реализации прямой лазерной записи новых типов уникальных элементов микрооптики, включающих различные типы микроаксиконов (в том числе и закрученные микроаксиконы), микролинзы и многосекторные синусоидальные микропластинки, а также микроструктуры с заданным трехмерным профилем. Полученные в проекте результаты покажут важное влияние распределения продольной компоненты светового поля на структуру формируемого в тонких пленках азополимеров и халькогенидных стекол рельефа. Таким образом, данный проект демонстрирует важность исследований, посвященных разработке методов проектирования структурированных лазерных пучков с заданным распределением продольных компонент и должен привести к заметному росту исследований в этом направлении. Достижение заявленных результатов по формированию уникальных микроструктур создаст мотивацию для поиска и развития новых концепций структурирования полимерных материалов. Прикладная значимость результатов проекта связана с возможностью реализации на их основе масштабного и дешевого производства анизотропных элементов микрооптики, которые в будущем могут стать элементами более сложных устройств интегральной оптики и биофотоники – например, генераторов световых пучков с орбитальным угловым моментом и цилиндрической поляризацией для реализации передачи информации с модовым уплотнением каналов, а также элементов детектирования поляризации и других характеристик излучения в устройствах приема и обработки сигналов для оптических чипов и процессоров, способных быстро обрабатывать и кодировать информацию. Общественная значимость проекта заключается в том, что он направлен на развитие в России области полимерной фотоники с высоким уровнем научной и прикладной составляющей. Успешная реализация проекта способствует обучению молодых исследователей на задачах высокого международного уровня, может привести к созданию стартапов и новых рабочих мест в инновационном секторе российской экономики. Кроме того, выполнение данного проекта будет способствовать эффективной передаче накопленного опыта и наработок авторов проекта в области формирования структурированных лазерных пучков и их использования для лазерной обработки материалов молодым специалистам и аспирантам, а также повышению уровня проводимых научных исследований и качества публикаций. Полученные результаты будут оригинальными и иметь высокий мировой уровень, что будет подтверждено публикациями в высокорейтинговых международных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и SCOPUS. По результатам исследований будет опубликована серия статей. На каждом из этапов выполнения проекта планируется публикация по четыре статьи. Все статьи будут опубликованы в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus). В том числе не менее шести статей (за весь период выполнения проекта) будет опубликовано в журналах из квартиля Q1 рейтинга SJR (SCImago Journal Rank). Кроме того, результаты, полученные в ходе выполнения настоящего проекта, будут внедрены в учебный процесс при подготовке бакалавров и магистров по направлениям нанотехнологий, прикладной математики и физики, фотоники, а также математического моделирования, что даст студентам возможность получать самую актуальную информацию в области формирования структурированных лазерных пучков, исследования их свойств и их использования в приложениях лазерной обработки материалов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ